CN106711326A - 阻变存储器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阻变存储器及其制备方法，该阻变存储器包括在衬底上由下至上依次沉积的下电极、阻变层和上电极，其中，阻变层为AlOx阻变层，0.3<x<1.2。本发明提供的阻变存储器及其制备方法，不仅解决了现有的阻变存储器的阻变层质量差、制备工艺复杂、制备成本高以及与传统的CMOS工艺兼容性差的问题；而且还解决了现有的阻变存储器需要较大激活电压来激活而造成外围电路复杂的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种阻变存储器及其制备方法。
背景技术
长久以来人们一直在寻求一种拥有高存储密度、快速编程、低成本、低能耗的非易失性存储器，即使断开电源后数据仍然能够保存。随着半导体器件的特征尺寸逐渐减小，基于电荷存储的传统存储技术将走到物理和技术的极限，例如，铁电存储器(FeRAM)和磁存储器(MRAM)受到器件缩放方面的挑战，最主要原因是在越来越小的器件中很难稳定保持住足够多的电子。
近来，基于非电荷存储机制的阻变存储器(RRAM)作为一种新型非易失性存储器受到了人们的广泛关注。图1为现有的阻变存储器的结构示意图，包括在衬底S上由下至上依次形成的下电极层1、钙钛氧化物阻变层2和上电极层3。采用图1所述的阻变存储器会存在以下问题：由于钙钛氧化物材料的成分较为复杂，难以获得所需的精确化学比的晶体结构，特别是采用磁控溅射方式，因此，不仅极大地影响了该钙钛氧化物的成膜质量；若采用其他方式，不仅与传统的CMOS工艺兼容性不好，在一定程度上阻碍其发展和应用，而且还制备成本高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种阻变存储器及其制备方法，不仅解决了现有的阻变存储器的阻变层质量差、制备工艺复杂、制备成本高以及与传统的CMOS工艺兼容性差的问题；而且还解决了现有的阻变存储器需要较大激活电压来激活而造成外围电路复杂的问题。
为解决上述问题之一，本发明提供了一种阻变存储器，所述阻变存储器包括在衬底上由下至上依次沉积的下电极、阻变层和上电极，其中，阻变层为AlOx阻变层，0.3<x<1.2。
具体地，所述上电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物；以及所述下电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物。
具体地，所述单质金属为Al、Pt、Au、W、Ag、Ti或Ta；所述合金金属为AuNi、AlNi或AuTi；所述导电氧化物电极为ITO或IZGO；所述导电氮化物电极为AlN或TiN。
具体地，所述上电极和所述下电极的厚度的取值范围均为25～350nm。
具体地，所述AlOx阻变层的厚度的取值范围为18～230nm。
本发明还提供一种阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：在衬底上形成下电极；在所述下电极上形成AlOx阻变层，0.3<x<1.2；在所述AlOx阻变层上形成上电极。
具体地，采用磁控溅射方法形成所述下电极、所述AlOx阻变层和所述上电极。
具体地，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺步骤包括：A，开启溅射电源，通入工艺气体，沉积所述AlOx阻变层；B，关闭溅射电源，持续通入工艺气体，以进行冷却；重复执行所述步骤A和B，直至所述AlOx阻变层厚度满足要求。
具体地，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺参数包括：工艺气体包括氧气和氩气，所述氧气的气体流量与所述氧气和所述氩气的总气体流量的比值范围为0.1％～5％。
具体地，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺参数包括：溅射电源采用脉冲直流电源，所述脉冲直流电源的输出脉冲直流信号的占空比的范围为5％～30％；脉冲频率范围在10～300kHz。
具体地，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺参数包括：工艺压强为12～17mT。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的阻变存储器与现有技术相比，由于阻变层采用结构相对简单的AlOx阻变层，因此，不仅制备工艺简单，且能够获得较满意的薄膜质量；而且还可采用与传统的CMOS工艺兼容性好且成本较低的磁控溅射方法沉积该AlOx阻变层，因此，可解决现有的阻变存储器的制备成本高以及与传统的CMOS工艺兼容性差的问题；另外，由于x的取值范围为0.3<x<1.2的AlOx阻变层的缺陷含量较高，因此，不需要大的激活电压来激活，从而可简化外围电路设计。
本发明提供的阻变存储器的制备方法与现有技术相比，由于形成结构相对简单的AlOx阻变层，因此，不仅制备工艺相对简单，且能够获得较满意的薄膜质量；而且可采用与传统的CMOS工艺兼容性好且成本较低的磁控溅射方法沉积该AlOx阻变层，因此，可解决现有的阻变存储器的制备成本高以及与传统的CMOS工艺兼容性差的问题；另外，由于x的取值范围为0.3<x<1.2的AlOx阻变层的缺陷含量较高，因此，不需要大的激活电压来激活，从而可简化外围电路设计。
附图说明
图1为现有的阻变存储器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的阻变存储器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的阻变存储器的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的阻变存储器及其制备方法进行详细描述。
实施例1
图2为本发明实施例提供的阻变存储器的结构示意图。请参阅图2，本发明实施例提供的阻变存储器包括在衬底S上由下至上依次沉积的下电极10、阻变层11和上电极12，其中，阻变层11为AlOx阻变层，0.3<x<1.2。
本发明实施例提供的阻变存储器与现有技术相比，由于阻变层11采用结构相对简单的AlOx阻变层，因此，不仅制备工艺简单，且能够获得较满意的薄膜质量；而且还可采用与传统的CMOS工艺兼容性好且成本较低的磁控溅射方法沉积该AlOx阻变层，因此，可解决现有的阻变存储器的制备成本高以及与传统的CMOS工艺兼容性差的问题；另外，由于x的取值范围为0.3<x<1.2的AlOx阻变层11的缺陷含量较高，因此，不需要大的激活电压来激活，从而可简化外围电路设计。
在本实施例中，上电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物，以及下电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物，上电极和下电极二者可相同也可不同。具体地，单质金属为Al、Pt、Au、W、Ag、Ti或Ta；合金金属为AuNi、AlNi或AuTi；导电氧化物电极为ITO或IZGO；导电氮化物电极为AlN或TiN。
衬底S一般由二氧化硅、玻璃、掺杂单晶硅、多晶硅或者其他绝缘材料制成，其主要起到支撑整个阻变存储器结构的作用。
优选地，上电极和下电极的厚度的取值范围均为25～350nm。
另外，优选地，AlOx阻变层11的厚度的取值范围为18～230nm，在该厚度范围内的AlOx阻变层11，不需要较大的激活电压进行激活，因此，可进一步简化外围电路的设计。
实施例2
图3为本发明实施例提供的阻变存储器的制备方法的流程图，请参阅图3，本发明实施例提供的阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：
S1，预先清洗衬底。
具体地，衬底一般由二氧化硅、玻璃、掺杂单晶硅、多晶硅或者其他绝缘材料制成，其主要起到支撑整个阻变存储器结构的作用。借助该步骤S1来保证衬底清洁无污染，从而保证阻变存储器的品质。
S2，在衬底上形成下电极。
具体地，下电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物。具体地，单质金属为Al、Pt、Au、W、Ag、Ti或Ta；合金金属为AuNi、AlNi或AuTi；导电氧化物电极为ITO或IZGO；导电氮化物电极为AlN或TiN。
S3，在下电极上形成AlOx阻变层，0.3<x<1.2。
S4，在AlOx阻变层上形成上电极。
具体地，上电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物。具体地，单质金属为Al、Pt、Au、W、Ag、Ti或Ta；合金金属为AuNi、AlNi或AuTi；导电氧化物电极为ITO或IZGO；导电氮化物电极为AlN或TiN。
本发明实施例提供的阻变存储器的制备方法与现有技术相比，由于在步骤S3中形成结构相对简单的AlOx阻变层，因此，不仅制备工艺相对简单，且能够获得较满意的薄膜质量；而且可采用与传统的CMOS工艺兼容性好且成本较低的磁控溅射方法沉积该AlOx阻变层，因此，可解决现有的阻变存储器的制备成本高以及与传统的CMOS工艺兼容性差的问题；另外，由于x的取值范围为0.3<x<1.2的AlOx阻变层的缺陷含量较高，因此，不需要大的激活电压来激活，从而可简化外围电路设计。
在本实施例中，优选地，采用磁控溅射方法形成下电极、AlOx阻变层和上电极，这样，仅需要磁控溅射设备即可完成上述步骤S1～S3，因此，可降低设备投入成本，从而进一步降低生产成本。
步骤S3中，形成的AlOx阻变层的厚度的取值范围为18～230nm。
步骤S3中，采用磁控溅射方法形成AlOx阻变层的工艺参数包括：工艺气体包括氧气和氩气，所述氧气的气体流量与所述氧气和所述氩气的总气体流量的比值范围在0.1％～5％，用以形成x的取值范围为0.3<x<1.2的AlOx阻变层。
另外，采用磁控溅射方法形成AlOx阻变层的工艺参数还包括：溅射电源采用脉冲直流电源，脉冲直流电源的输出脉冲直流信号的占空比的范围为5％～30％；脉冲频率范围在10～300kHz；工艺压强为12～17mT。
具体地，在本实施例中，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺步骤包括：
A，开启溅射电源，通入工艺气体，沉积AlOx阻变层。
B，关闭溅射电源，持续通入工艺气体，以进行冷却。
重复执行所述步骤A和B，直至所述AlOx阻变层厚度满足要求。
下表为采用磁控溅射方法形成AlOx阻变层的工艺配方：
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种阻变存储器，其特征在于，所述阻变存储器包括在衬底上由下至上依次沉积的下电极、阻变层和上电极，其中
所述阻变层为AlOx阻变层，0.3<x<1.2。
2.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述上电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物；以及
所述下电极为单质金属、合金金属、导电的氧化物或导电的氮化物。
3.根据权利要求2所述的阻变存储器，其特征在于，所述单质金属为Al、Pt、Au、W、Ag、Ti或Ta；所述合金金属为AuNi、AlNi或AuTi；所述导电氧化物电极为ITO或IZGO；所述导电氮化物电极为AlN或TiN。
4.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述上电极和所述下电极的厚度的取值范围均为25～350nm。
5.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述AlOx阻变层的厚度的取值范围为18～230nm。
6.一种阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上形成下电极；
在所述下电极上形成AlOx阻变层，0.3<x<1.2；
在所述AlOx阻变层上形成上电极。
7.根据权利要求6所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射方法形成所述下电极、所述AlOx阻变层和所述上电极。
8.根据权利要求7所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺步骤包括：
A，开启溅射电源，通入工艺气体，沉积所述AlOx阻变层；
B，关闭溅射电源，持续通入工艺气体，以进行冷却；
重复执行所述步骤A和B，直至所述AlOx阻变层厚度满足要求。
9.根据权利要求7所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺参数包括：工艺气体包括氧气和氩气，所述氧气的气体流量与所述氧气和所述氩气的总气体流量的比值范围为0.1％～5％。
10.根据权利要求7所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺参数包括：溅射电源采用脉冲直流电源，所述脉冲直流电源的输出脉冲直流信号的占空比的范围为5％～30％；脉冲频率范围在10～300kHz。
11.根据权利要求7所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射方法形成所述AlOx阻变层的工艺参数包括：工艺压强为12～17mT。
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